涡流检测-第2章分解.ppt

* * * * * * * * * 涡流检测 第2章 物理基础 钢铁研究总院 范 弘 2.1 材料的磁特性 2.2 正弦交流电 2.3 电磁感应原理 第2章 涡流检测的物理基础 2.1.1 材料的导电性 ⑴ 金属导电的物理本质 ?自由电子的定向流动形成电流 ?依据材料导电能力的分类：导电体、半导体、绝缘体 ⑵ 电流和电阻 ?欧姆定律 I－安培（A）U－伏特（V）；R－欧姆（? ）。 ?电阻和材料导电性能描述 电阻率?－欧姆·米（?·m） 电导率?：描述金属导电性能的物理量 ?－1／欧姆·米（1／?·m）。 2.1 材料的电磁特性 2.1.1 材料的导电性 ⑵ 电流和电阻 在工程技术中还可用IACS（国际退火铜标准）单位来表示电导率，这种单位规定退火工业纯铜（电阻率在温度20℃时为）的电导率作为100%IACS。则其它金属的电导率用它的百分数表示： 电阻率值愈小，电导率值愈大，材料的导电性能就愈好。一些常用金属材料的电阻率、电导率及温度系数见表1-1。 2.1 材料的电磁特性 2.1.1 材料的导电性 ⑶ 影响金属导电性的主要因素 ① 温度的影响 温度升高导致自由电子与金属晶格中的正离子碰撞加剧，使电阻增大。 R为温度T时的电阻，R0为温度T0时的电阻，?为电阻温度系数。 2.1 材料的电磁特性 2.1.1 材料的导电性 ⑶ 影响金属导电性的主要因素 ② 杂质的影响 纯金属具有规则的晶格，因此电阻率很小。杂质（即使含量极少）会导致金属晶格的畸变，造成电子散射，使电阻率增加。 ③ 应力的影响 在弹性范围内单向拉伸或者扭转应力能提高金属的电阻率。应力使电阻率增加，其原因是在拉伸时应力使原子的间距增大。 2.1 材料的电磁特性 2.1.1 材料的导电性 ⑶ 影响金属导电性的主要因素 ④ 形变的影响 金属冷加工引起的变形对电阻亦有影响，其原因是冷加工使晶体点阵发生了畸变或产生缺陷，造成电场的不均匀性，从而导致电子波散射的增加。 ⑤ 热处理的影响 金属经冷变形后，强度和硬度增高，导电性降低。 退火后，其电导率可得到恢复。 2.1 材料的电磁特性 2.1.1 材料的导电性 ⑷ 典型材料的导电性 ?橡胶、油漆、金属氧化物、塑料、搪瓷等是非导电材料。 ?银、铜、铝、铁、钛等是金属常见是良好导电材料。纯金属时，导电能力依照上述列出的顺序依次降低；合金材料时，导电能力发生很大的变化。 ?石墨具有一定的导电能力，与硅、锗元素同属半导体。 2.1 材料的电磁特性 2.1.2 材料的磁特性 ⑴ 磁场与金属的磁化 磁铁的周围存在着磁场，磁场对置于其中的磁针产生力的作用。 电流也在其周围空间产生磁场。电流产生的磁场对置于其中的磁极和电流有力的作用。 磁场强度H描述磁场的强弱。在国际单位制中，H的单位是安培／米（A／m）。在工程上，磁场强度的单位还用奥斯特（Oe）表示，1 A／m＝4?×l0－3 Oe。 磁场的分布可用磁力线来描述。磁力线上每一点切线方向就是该点的磁场方向；磁场强的地方磁力线较密，磁场弱的地方磁力线较疏 2.1 材料的电磁特性 2.1 材料的电磁特性 2.1.2 材料的磁特性 ⑴ 磁场与金属的磁化 在涡流检测中，在检测线圈中通入电流，就会在线圈内部和周围空间产生磁场，它的磁力线方向与导线中电流的流动方向有关，按右手定则来确定。 如果线圈绕制得足够细长（即线圈的长度＞＞线圈的直径），线圈中间部位的磁场是均匀的，可用下式计算： 2.1 材料的电磁特性 2.1.2 材料的磁特性 ⑴ 磁场与金属的磁化 在空间的磁场中放入一种金属，金属内部的磁场与原磁场相比发生了变化，有些有色金属（如金、银、铜）会使磁场减弱，而有些有色金属（如铝、锰、铂）会使磁场增强，钢铁则会使磁场急剧增加。不同的金属在同一磁场的作用下具有不同的磁性，这种现象称为金属的磁化。 不同的金属在相同磁场中产生不同磁性的原因是，处于磁场中的金属在磁场的作用下，其内部产生了一个附加磁场，金属中的总磁场是空间磁场与附加磁场之和，不同金属在相同磁场作用下产生的附加磁场不同，从而使金属中的磁场各不相同。 2.1 材料的电磁特性 2.1.2 材料的磁特性 ⑴ 磁场与金属的磁化 为描述金属的磁化状态，引入物理量磁感应强度（或称磁通密度）B。B单位是特斯拉（T）。在工程上， B单位是高斯（Gs），1 T＝104 Gs。磁感应强度B与磁场强度H的关系是： ? 叫金属的磁导率，它是表示金属磁特性的物理量，反映了金属被磁化后对磁场的影响程度。磁导率? 可以写成： ? 0是真空磁导率，在国际单位制中? 0＝4?×10－7亨利／米（H／m）；? r是金属的相对磁导率，